本發(fā)明屬于材料擠壓技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管材的大塑性成形模具及其成形方法。

背景技術(shù)：

管材在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，管材的塑性加工技術(shù)具有低能耗、省材料、高效率等優(yōu)點(diǎn)，成為管材加工的一種重要手段?；趥鹘y(tǒng)的管材成形方法，大塑性成形衍生出一系列的新型管材成形方式，例如，高壓扭轉(zhuǎn)(hpt)系列的high-pressuretubetwisting(hptt)，tubechannelpressing(tcp)，paralleltubularchannelangularpressing(ptcap)及等徑角擠壓(ecap)系列的tubularchannelangularpressing(tcap)等(scichinatechsci，2012，55：1-6)，此外，申請公布號為cn104307908a和cn102430609a的申請專利也提出在傳統(tǒng)的管材擠壓變形的基礎(chǔ)上增加其他扭轉(zhuǎn)變形方式實(shí)現(xiàn)材料的大塑性變形，從而提高管材的成形效率。

通過大塑性成形實(shí)現(xiàn)管材的成形是當(dāng)今管材塑性加工的一個(gè)研究方向，基于ecap的管材成形技術(shù)可有效地提高管材的成形效率和改善材料的組織及性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種管材的大塑性成形模具及其成形方法，可實(shí)現(xiàn)管材的大塑性擠壓成形，通過細(xì)化材料晶粒，改善材料的組織性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種管材的大塑性成形模具，由上內(nèi)環(huán)沖頭，下內(nèi)環(huán)沖頭，上外環(huán)沖頭，下外環(huán)沖頭，主軸，隔環(huán)和外環(huán)組成，由上述部件可組成管材的大塑性成形模具的通道，通道包括：內(nèi)通道，橫通道和外通道；

所述上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭均為一圓環(huán)，內(nèi)徑為2r，壁厚為m，高度為h/2～3h/4；

所述上外環(huán)沖頭和上外環(huán)沖頭均為一圓環(huán)，內(nèi)徑為2(r+2m)，壁厚為m，高度為h/2～3h/4；

所述主軸為一圓柱體，直徑為2r，高度為h；

所述隔環(huán)為兩個(gè)圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)的內(nèi)徑為2(r+m)，壁厚為m，高度為(h-m)/2；

所述外環(huán)為一圓環(huán)，內(nèi)徑為2(r+3m)，高度為h。

一種管材的大塑性成形方法，采用上述的管材的大塑性成形模具來實(shí)現(xiàn)的成形方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一，準(zhǔn)備：對管材內(nèi)外壁進(jìn)行清潔處理，清潔管材的大塑性成形模具的上內(nèi)環(huán)沖頭，下內(nèi)環(huán)沖頭，上外環(huán)沖頭，下外環(huán)沖頭和隔環(huán)的內(nèi)外壁，清潔管材的大塑性成形模具的外環(huán)的內(nèi)壁，清潔管材的大塑性成形模具的主軸的外壁，在管材內(nèi)外壁和管材的大塑性成形模具的上內(nèi)環(huán)沖頭，下內(nèi)環(huán)沖頭，上外環(huán)沖頭，下外環(huán)沖頭和隔環(huán)的內(nèi)外壁上涂抹擠壓潤滑劑，在管材內(nèi)外壁和管材的大塑性成形模具的主軸的外壁和外環(huán)的內(nèi)壁上涂抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：下內(nèi)環(huán)沖頭，管材和上內(nèi)環(huán)沖頭依次套在主軸上，使管材處于下內(nèi)環(huán)沖頭和上內(nèi)環(huán)沖頭之間，隔環(huán)套在下內(nèi)環(huán)沖頭，管材和上內(nèi)環(huán)沖頭上，上外環(huán)沖頭和下外環(huán)沖頭套在隔環(huán)上，上外環(huán)沖頭的下端面和下外環(huán)沖頭的上端面相接觸，外環(huán)套在上外環(huán)沖頭和下外環(huán)沖頭上；

步驟三，擠壓成形i：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭同時(shí)以1～5mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)管材充滿管材的大塑性成形模具的橫通道時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行；

步驟四，擠壓成形ii：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭同時(shí)以1～10mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上內(nèi)環(huán)沖頭的下端面和下內(nèi)環(huán)沖頭的上端面接觸時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭和下內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行；

步驟五，擠壓成形iii：開啟上外環(huán)沖頭和下外環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，上外環(huán)沖頭和下外環(huán)沖頭同時(shí)以1～10mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上外環(huán)沖頭的下端面和下外環(huán)沖頭的上端面接觸時(shí)，停止上外環(huán)沖頭和下外環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行；

步驟六，重復(fù)擠壓：步驟四和步驟五為一道次管材的大塑性成形，重復(fù)步驟四和步驟五，完成多道次的管材的大塑性成形；

步驟七，結(jié)束擠壓：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭以1～5mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上內(nèi)環(huán)沖頭的上端面與主軸的上端面持平時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，將下內(nèi)環(huán)沖頭放在上內(nèi)環(huán)沖頭上，使上內(nèi)環(huán)沖頭的上端面和下內(nèi)環(huán)沖頭的下端面完全重合，開啟下內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行，下內(nèi)環(huán)沖頭以1～5mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)管材完全從內(nèi)通道擠出時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭的擠壓運(yùn)行。

上述管材的大塑性成形方法，所述管材的內(nèi)徑為2r，壁厚為m，長度為h/3～3h/4。

本發(fā)明提出了一種用于管材的大塑性成形模具，利用本發(fā)明使管材在管材的大塑性成形模具的內(nèi)通道、橫通道和外通道之間變形。

本發(fā)明采取的管材的大塑性成形的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了管材的剪切擠壓成形，管材受到模具的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，在內(nèi)通道和橫通道，橫通道和外通道兩個(gè)直角轉(zhuǎn)角處剪切應(yīng)力的作用下，極大地改善了材料內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布，材料的內(nèi)部組織發(fā)生剪切應(yīng)變，多道次管材的大塑性成形能夠使管材累積大的塑性變形，有利于細(xì)化材料組織，改善材料的綜合力學(xué)性能。該發(fā)明設(shè)計(jì)合理可靠，具有成形方法簡單，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，提高管材的成形效果。

附圖說明

圖1是管材的大塑性成形模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中a-a位置的剖視圖；

圖3是管材的大塑性成形模具的通道示意圖；

圖4是管材的大塑性成形模具的通道平面示意圖；

圖中：1.上內(nèi)環(huán)沖頭，2.下內(nèi)環(huán)沖頭，3.上外環(huán)沖頭，4.下外環(huán)沖頭，5.主軸，6.隔環(huán)，7.外環(huán)，8.內(nèi)通道，9.橫通道，10.外通道

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：內(nèi)徑為10mm，壁厚為5mm，長度為25mm的管材的大塑性成形模具及其成形方法。

圖1～3示出了管材的大塑性成形模具的結(jié)構(gòu)示意圖，管材的大塑性成形模具由上內(nèi)環(huán)沖頭1，下內(nèi)環(huán)沖頭2，上外環(huán)沖頭3，下外環(huán)沖頭4，主軸5，隔環(huán)6和外環(huán)7組成，由上述部件可組成管材的大塑性成形模具的通道，通道包括：內(nèi)通道，橫通道和外通道；

所述上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2均為一圓環(huán)，內(nèi)徑為10mm，壁厚為5mm，高度為30mm；

所述上外環(huán)沖頭3和上外環(huán)沖頭3均為一圓環(huán)，內(nèi)徑為30mm，壁厚為5mm，高度為30mm；

所述主軸5為一圓柱體，直徑為10mm，高度為50mm；

所述隔環(huán)6為兩個(gè)圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)的內(nèi)徑為20mm，壁厚為5mm，高度為22.5mm；

所述外環(huán)7為一圓環(huán)，內(nèi)徑為80mm，高度為50mm。

本發(fā)明采用上述的管材的大塑性成形模具來實(shí)現(xiàn)的成形方法，包括以下步驟：

步驟一，準(zhǔn)備：對管材內(nèi)外壁進(jìn)行清潔處理，清潔管材的大塑性成形模具的上內(nèi)環(huán)沖頭1，下內(nèi)環(huán)沖頭2，上外環(huán)沖頭3，下外環(huán)沖頭4和隔環(huán)6的內(nèi)外壁，清潔管材的大塑性成形模具的外環(huán)7的內(nèi)壁，清潔管材的大塑性成形模具的主軸5的外壁，在管材內(nèi)外壁和管材的大塑性成形模具的上內(nèi)環(huán)沖頭1，下內(nèi)環(huán)沖頭2，上外環(huán)沖頭3，下外環(huán)沖頭4和隔環(huán)6的內(nèi)外壁上涂抹擠壓潤滑劑，在管材內(nèi)外壁和管材的大塑性成形模具的主軸5的外壁和外環(huán)7的內(nèi)壁上涂抹擠壓潤滑劑；

步驟二，裝配：下內(nèi)環(huán)沖頭2，管材和上內(nèi)環(huán)沖頭1依次套在主軸5上，使管材處于下內(nèi)環(huán)沖頭2和上內(nèi)環(huán)沖頭1之間，隔環(huán)6套在下內(nèi)環(huán)沖頭2，管材和上內(nèi)環(huán)沖頭1上，上外環(huán)沖頭3和下外環(huán)沖頭4套在隔環(huán)6上，上外環(huán)沖頭3的下端面和下外環(huán)沖頭4的上端面相接觸，外環(huán)7套在上外環(huán)沖頭3和下外環(huán)沖頭4上；

步驟三，擠壓成形i：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2同時(shí)以2mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)管材充滿管材的大塑性成形模具的橫通道時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2的擠壓運(yùn)行；

步驟四，擠壓成形ii：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2同時(shí)以8mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上內(nèi)環(huán)沖頭1的下端面和下內(nèi)環(huán)沖頭2的上端面接觸時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭1和下內(nèi)環(huán)沖頭2的擠壓運(yùn)行；

步驟五，擠壓成形iii：開啟上外環(huán)沖頭3和下外環(huán)沖頭4的擠壓運(yùn)行，上外環(huán)沖頭3和下外環(huán)沖頭4同時(shí)以8mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上外環(huán)沖頭3的下端面和下外環(huán)沖頭4的上端面接觸時(shí)，停止上外環(huán)沖頭3和下外環(huán)沖頭4的擠壓運(yùn)行；

步驟六，重復(fù)擠壓：步驟四和步驟五為一道次管材的大塑性成形，重復(fù)步驟四和步驟五，完成多道次的管材的大塑性成形；

步驟七，結(jié)束擠壓：開啟上內(nèi)環(huán)沖頭1的擠壓運(yùn)行，上內(nèi)環(huán)沖頭1以2mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)上內(nèi)環(huán)沖頭1的上端面與主軸5的上端面持平時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭1的擠壓運(yùn)行，將下內(nèi)環(huán)沖頭2放在上內(nèi)環(huán)沖頭1上，使上內(nèi)環(huán)沖頭1的上端面和下內(nèi)環(huán)沖頭2的下端面完全重合，開啟下內(nèi)環(huán)沖頭2的擠壓運(yùn)行，下內(nèi)環(huán)沖頭2以2mm/s的擠壓速度擠壓管材，當(dāng)管材完全從內(nèi)通道擠出時(shí)，停止上內(nèi)環(huán)沖頭1的擠壓運(yùn)行。

本發(fā)明的目的在于提出了一種管材的大塑性成形模具及其成形方法，可實(shí)現(xiàn)管材的大塑性擠壓成形，通過細(xì)化材料晶粒，改善材料的組織性能，可滿足材料科學(xué)工程中科研和生產(chǎn)的需求。通過更改模具的形狀和尺寸，具體實(shí)施方式不變，滿足不同管材的成形要求，更多的成形實(shí)施例不便勝舉。